由从针对四代(J-20)的机动性争论而起,俺来谈谈对能量 ...

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/28 01:59:17
对于四代(J-20)的机动性,争论颇多。实际上,当前J20的数据尚未透露,关于机动性设计的许多事项也并不清楚,现在就下断论实在太早,但的确有人言之确凿。鉴于这种情况,个人专门找《飞机设计》手册中关于能量机动的部分,一边自己学习 ,另一方面拿出来供大家参考。

能量机动真正的分析一定是相当复杂的,但明白其中道理并不复杂,有点微积分知识就明白其推到过程,具体内容见下图。(如果没有学过微积分,直接看俺最后的结论也能够对翼载荷对能量机动有所了解)。
5.JPG
好了,明白能量机动中翼载荷大小对机动性的影响,就知道翼载并非越小越好,因为翼载是双刃剑,太小了增加了废阻,太大了机动飞行则不利。另外,影响机动性方面还有其他因素,譬如零升阻力系数、诱导阻力系数等。而对于诱导阻力则与升力有关,而升力则与迎角、机翼变弯度(是否采用机动襟翼)、是否利用涡升力有关。那么,随着气动设计的进步,气动效率的提升让同样机翼面积可以产生更大升力,那么就可以适当缩小机翼面积,在保持足够升力的情况下减小零升阻力,从而提高机动性。

话题回到J-20的机动性上。

先看J-20的参数和设计特点:个人认为,虽然当前没有公开J20的数据,但从个人估计和各方面透露的消息来看,基本上机长在20米-21米,而翼展在13米左右。个人对比J-20与F-22的正向图,认为J-20的机身宽度稍微小于F-22,而机身厚度则与F-22相当,或者稍小一些。这些因素叠加起来,机翼面积(算上边条)应该在70平米左右(个人认为可能稍微超过70平米),估计比F-22稍小。众所周知四代机都采用了升力体设计,所以在升力方面除了机翼外还有机身因素,J-20的机身面积大于F-22,也就是说有可能J-20的机身产生升力比F-22大,换句话说,J-20的等效机翼面积比较大。另外,由于J-20采用了鸭翼、边条翼、升力体设计,其总体气动效率方面有相当大进步。在机身重量方面,由于虽然机身长度较长,但机翼面积稍小,机身截面稍小,综合起来其重量并不会比F-22大太多(就是把我们的材料不足因素考虑进去,其重量差距也不会特别大,譬如超过20%的差距,个人认为估计在10%左右,可能在以内)。

那么,J-20的机动性到底如何?根据上面分析,J-20的有效机翼面积相当可观,重量并不大多少,气动效率较高,根据前面公式定性推论,能量机动性方面不会太差,个人认为通过放宽静稳定和鸭式布局特有的随控布局特点,其总体机动性一定会相当可观。对于四代(J-20)的机动性,争论颇多。实际上,当前J20的数据尚未透露,关于机动性设计的许多事项也并不清楚,现在就下断论实在太早,但的确有人言之确凿。鉴于这种情况,个人专门找《飞机设计》手册中关于能量机动的部分,一边自己学习 ,另一方面拿出来供大家参考。

能量机动真正的分析一定是相当复杂的,但明白其中道理并不复杂,有点微积分知识就明白其推到过程,具体内容见下图。(如果没有学过微积分,直接看俺最后的结论也能够对翼载荷对能量机动有所了解)。
5.JPG
好了,明白能量机动中翼载荷大小对机动性的影响,就知道翼载并非越小越好,因为翼载是双刃剑,太小了增加了废阻,太大了机动飞行则不利。另外,影响机动性方面还有其他因素,譬如零升阻力系数、诱导阻力系数等。而对于诱导阻力则与升力有关,而升力则与迎角、机翼变弯度(是否采用机动襟翼)、是否利用涡升力有关。那么,随着气动设计的进步,气动效率的提升让同样机翼面积可以产生更大升力,那么就可以适当缩小机翼面积,在保持足够升力的情况下减小零升阻力,从而提高机动性。

话题回到J-20的机动性上。

先看J-20的参数和设计特点:个人认为,虽然当前没有公开J20的数据,但从个人估计和各方面透露的消息来看,基本上机长在20米-21米,而翼展在13米左右。个人对比J-20与F-22的正向图,认为J-20的机身宽度稍微小于F-22,而机身厚度则与F-22相当,或者稍小一些。这些因素叠加起来,机翼面积(算上边条)应该在70平米左右(个人认为可能稍微超过70平米),估计比F-22稍小。众所周知四代机都采用了升力体设计,所以在升力方面除了机翼外还有机身因素,J-20的机身面积大于F-22,也就是说有可能J-20的机身产生升力比F-22大,换句话说,J-20的等效机翼面积比较大。另外,由于J-20采用了鸭翼、边条翼、升力体设计,其总体气动效率方面有相当大进步。在机身重量方面,由于虽然机身长度较长,但机翼面积稍小,机身截面稍小,综合起来其重量并不会比F-22大太多(就是把我们的材料不足因素考虑进去,其重量差距也不会特别大,譬如超过20%的差距,个人认为估计在10%左右,可能在以内)。

那么,J-20的机动性到底如何?根据上面分析,J-20的有效机翼面积相当可观,重量并不大多少,气动效率较高,根据前面公式定性推论,能量机动性方面不会太差,个人认为通过放宽静稳定和鸭式布局特有的随控布局特点,其总体机动性一定会相当可观。
呵呵,倒是有点天龙的问道。    不过当年天龙可是把歼十的长度和空重猜得相当精准,算出来的结果也和后来公布的数据相当吻合。


天龙那篇《一览众山小》的评四代机的文章,确实写得很好(可能他没有凑字数的压力的原因)。

其实没错,机翼面积并不重要,如果等效成“有效面积”也行。但本质是“升力系数”与飞机的“重量”这一对矛盾,另外影响到的是“阻力和推力”这一对矛盾。
高机动战斗机的翼面积没有特别大的。而且机翼尺寸小,不但超声速阻力减小,而且更有利于减少机翼的水平投影面积(RCS相关)。

天龙那篇《一览众山小》的评四代机的文章,确实写得很好(可能他没有凑字数的压力的原因)。

其实没错,机翼面积并不重要,如果等效成“有效面积”也行。但本质是“升力系数”与飞机的“重量”这一对矛盾,另外影响到的是“阻力和推力”这一对矛盾。
高机动战斗机的翼面积没有特别大的。而且机翼尺寸小,不但超声速阻力减小,而且更有利于减少机翼的水平投影面积(RCS相关)。
楼主技术帝
zhang3wood 发表于 2011-3-13 18:34
别人是真水平,某人屁股已经歪了。
以前一提机动性,就说能量机动,就知提推比;现在进步了,加了个翼载。
我说,都四代了,怎么还只知道套用三代的概念,合辙能量机动后出现的瞬时机动和更新的过失速机动都无视啊?拿三代前期理论评价四代?
天龙写的好,一个是他水平高,一个是因为他在潮流中。。。
晨星 发表于 2011-3-13 18:47


    只谈技术,不谈别的。

   能量机动还是经典理论,并不过时,只不过不能用于全面衡量当今战斗机的机动性能。
晨星 发表于 2011-3-13 18:47

考虑涡升力后,翼载又无法完全表达了。你说对不对?:D
zhang3wood 发表于 2011-3-13 18:58


    翼载还在,只不过比传统方法提高升力满足法向过载所产生的诱导阻力小了,也就是气动效率提高了。

  所以,气动效率提高实际上对整个机动效率提高有很大帮助。
新手问个问题:飞机在垂直爬升过程中,是不是气动作用最低,而基本完全取决于发动机性能?望科普,谢谢
也就是说,推重比
TSQ 发表于 2011-3-13 18:52

其实“战斗机黑手党”的原理仍然适用,四代在飞行性能上也只是增加了“大迎角”、“超巡”、“跨声速升力”这些因素并提高了指标而已(这三个用而已有点不对)。不过也确实增加了不少,没有强大的设计能力是应付不了的。
心情花园 发表于 2011-3-13 19:04

气动影响还是有的,就是基本是零升力,这是时候就看零升阻力了,而零升阻力算是气动设计的一个结果,也是重要参数。
哦,谢谢,明白了,是不是可以这样认为:火箭的零升阻力最小了?气动就是妥协的结果?
心情花园 发表于 2011-3-13 19:21


    哈哈,火箭当然小。
TSQ 发表于 2011-3-13 18:52
我知道我歪楼了,不好意思。
我只是想表达一个自己的观点。

现在对比J-20和F-22,推比目前当然是差距教大,翼载就目前来看也难以占到什么优势,这没什么好说的(当然,如果有人说翼面积差很多那就是胡扯了)。
作为争论双方,某人当然拣20弱的地方说,以已之短,攻敌之长,以达到自己的目的。
而另一方,当然是拿20相对强的地方去比,发挥20的设计优点,以已相对之长,攻敌相对之短。

有人说20是角度战斗机,以此来暗讽20,好象这是个丢人的事。我就奇怪了,角度战斗机有什么好丢人的,角度理念比那个能量理念新多了。。20是角度战斗机,证明了他用了更新的设计理念,这是先进的代表。。四代几还强调了过失速这个更新的观念,我想20一定很好的注意了这方面的设计。这比那个原始陈旧的能量机动理念先进多了。。当然,夸张了一点。

竟然还有人说20气动设计复杂是落后的表现,我呸!22还比15复杂呢,难道22落后?
不就是想否认20变态的气动设计带来的机动性的高提升吗。。。
心情花园 发表于 2011-3-13 19:21
一个实例,J-10推比并不高,但表演中,10爬升却不错,这样的情况,只算推比是算不出来的。
晨星 发表于 2011-3-13 19:31


    可以这样说,J-20的外观其实比较简练,但内在气动复杂。

   其实,鸟、昆虫的气动也是很复杂的,这其实也是千万年来进化的结果。所以复杂并非不好,而是要能够驾驭这种复杂才能达到想要的结果。

   不过,需要指出的是,气动复杂与结构复杂是两种不同导向的复杂,结构复杂一定带来制造、维护方面的问题。气动复杂主要是气动控制复杂,如果能够解决,在制造维护方面并不会带来太大问题,所以结构复杂是要避免的,而气动复杂是需要想办法驾驭的。
嗯,先学习一下,等将来验证
气动党复出。

天龙,ZWZ。等等,曾几何时。唉。不说也罢
zhang3wood 发表于 2011-3-13 18:34
      当我比较无礼也好,天龙的文章我再看多了一次,感觉还是言之无物。尽管一大堆小白不肯看,一大堆所谓大师认为已经过时,但是宋总的论文依然是J20气动思想的最好解释。
委员抢萝莉 发表于 2011-3-13 20:38
你竟然拿天龙和宋总比。。。
晨星 发表于 2011-3-13 20:40

看宋老爷子的论文可能也是管中窥豹!何况还不一定明白每句话的真正内涵,甚至大段大段不懂的。
你思路不对。
21楼的ID很猛啊
zhang3wood 发表于 2011-3-13 20:43
      不是管中窥豹,而是完全的J20的设计思路。看得懂还是不懂看各人知识水平,但是既然都是讲述总体设计思路而不是具体数据的文章,我看过宋总的公开论文,我自然得推崇宋总的。宋总也不是全无数据,比如在说边条翼布局,鸭翼布局以及鸭翼边条翼布局各自的升力系数时,有明确的数据差异。而天龙在说到垂尾设计的时候跟一般军迷没啥差别,一笔带过;而宋总的倒是很清楚说明了如何在满足隐身设计的同时,避免垂尾的负面效应。T50的试飞中都出现机翼涡流对垂尾的眼中影响,那么J20的垂尾设计自然也很重要。而且比起天龙的略知一二,宋总说过更为激进的话:为了更好的升力效应,可以的话应该取消垂尾,但是技术上做不到,所以采用小一个数量级的全动垂尾的设计。
回复 21# 委员抢萝莉

是的,不过J20比公开发表的宋总论文又前进很多
宋总论文在J20上面没体现出来的地方有几个:
一、DSI进气口设计。不过在2001年国内研究DSI进气口还很不成熟,没有多做论述而直接说加莱特进气道或者机腹进气了。
二、腹鳍。宋总论文通篇没说到J20会不会横向安定不足,而要采取这种那种补救手段。实际上J20验证机的确有腹鳍,说明宋总他们在具体设计时有考虑了多一层。
三、升力体设计。不好意思我不是肉眼风洞党,J20现在是不是升力体设计,无从判断。
      除了这几点,宋总的论文就是J20的设计指导文档了。
xmyyc 发表于 2011-3-13 21:11
      鸭翼边条翼布局以及垂尾设计,宋总的论文说得不能够再仔细了,而J20在这两点上的确遵循了宋总的设计思路没变过。

鸭翼边条翼布局以及垂尾设计,宋总的论文说得不能够再仔细了,而J20在这两点上的确遵循了宋总的设计 ...
委员抢萝莉 发表于 2011-3-13 21:19


鸭翼上反和垂尾间距这两个事情好象也没有说。原文有一句:“考虑到超声速巡航的要求,未来战斗机应当是细长的,这样,垂尾的展向距离不可能太大。”而实际的距离明显比F-22大。
鸭翼边条翼布局以及垂尾设计,宋总的论文说得不能够再仔细了,而J20在这两点上的确遵循了宋总的设计 ...
委员抢萝莉 发表于 2011-3-13 21:19


鸭翼上反和垂尾间距这两个事情好象也没有说。原文有一句:“考虑到超声速巡航的要求,未来战斗机应当是细长的,这样,垂尾的展向距离不可能太大。”而实际的距离明显比F-22大。
zhang3wood 发表于 2011-3-13 21:32
鸭翼上反和垂危大间距也是说过的
委员抢萝莉 发表于 2011-3-13 21:39

请教这两个问题宋总的说法。:D
zhang3wood 发表于 2011-3-13 21:41
up.jpgup1.jpg
“面积较大的上反鸭翼”这是宋总明确说到的;
垂尾布置看这张布置图,再于J20的对比下就OK了
up2.jpg
这里也可以清楚看到,J20的垂尾是装在尾撑,或者说是尾边条上,这个布置跟宋总说明基本一致。
委员抢萝莉 发表于 2011-3-13 22:10

嗯,看了,知道这种垂尾因外倾的负升力有负作用。宋还提到:
“差动机头边条、阻力方向舵、差动翼尖”这是啥东西?
委员抢萝莉 发表于 2011-3-13 21:19
什么都是浮云,作为米国鬼子扔进垃圾箱的设计,这些纸面上的东东只是混职称用的……

什么都是浮云,作为米国鬼子扔进垃圾箱的设计,这些纸面上的东东只是混职称用的……
laogui 发表于 2011-3-13 22:24

教主出现。。
哎,验证机……1:1000还真不是忽悠啊,人家挺实诚的……
而且,假如说,只是假如,验证下来感觉设计有点那个什么的话,项目会不会有下马的危险啊
……laogui 发表于 2011-1-13 22:08

http://lt.cjdby.net/viewthread.php?tid=1052305&highlight=
竟然还是1月13号编辑过的。。。
什么都是浮云,作为米国鬼子扔进垃圾箱的设计,这些纸面上的东东只是混职称用的……
laogui 发表于 2011-3-13 22:24

教主出现。。
哎,验证机……1:1000还真不是忽悠啊,人家挺实诚的……
而且,假如说,只是假如,验证下来感觉设计有点那个什么的话,项目会不会有下马的危险啊
……laogui 发表于 2011-1-13 22:08

http://lt.cjdby.net/viewthread.php?tid=1052305&highlight=
竟然还是1月13号编辑过的。。。
laogui 发表于 2011-3-13 22:24
常规布局机机TG也不是没搞过呀,难度并不比鸭翼的大吧。万一CF耳根软,又整出一个常规的,岂不是更要被说成“娘娘张”或“娘娘李”了么?
laogui 发表于 2011-3-13 22:24

偶不太明白,宋文骢这种人物,已经身为工程院院士,还能混啥“职称”?工程院院长?:D
zhang3wood 发表于 2011-3-13 22:22
      机头边条是指F18NASA某试验机的装置,就是在雷达罩最前端的装上两个边条,估计可动;阻力方向舵是B2等飞翼是飞机的方向舵,装在机翼外端,其实就是上下同时张开的减速板吧,不过要反映很灵敏;偏转翼尖也是类似的装置吧。
      这些都是NASA以前研究直接力控制的实验项目,然后这几种都是在大迎角下保持偏航的手段。(这时候机身屏蔽了大部分垂尾)
      之前有人说过J20的W翼,其实是一种过度解读也说不定。但是J20从宋总的想法出发的话,要实现全升力设计,垂尾要取消……这时如果采用W翼和阻力舵,估计真的可以取消垂尾了。而且本身上反得鸭翼差动也可以带来一定得偏航效应。